Het productieproces van koolstofmaterialen is een strak gecontroleerd systeem van engineering. De productie van grafietelektroden, speciale koolstofmaterialen, aluminiumkoolstof en nieuwe hoogwaardige koolstofmaterialen is onlosmakelijk verbonden met het gebruik van grondstoffen, apparatuur, technologie en management, de vier productiefactoren en de bijbehorende gepatenteerde technologie.
Grondstoffen zijn de belangrijkste factoren die de basiseigenschappen van koolstofmaterialen bepalen, en de prestaties van de grondstoffen bepalen de prestaties van de geproduceerde koolstofmaterialen. Voor de productie van UHP- en HP-grafietelektroden is hoogwaardige naaldcokes de eerste keuze, evenals hoogwaardig bindasfalt en impregneermiddelasfalt. Echter, alleen hoogwaardige grondstoffen, zonder de juiste apparatuur, technologie, managementfactoren en bijbehorende gepatenteerde technologie, maken het niet mogelijk om hoogwaardige UHP- en HP-grafietelektroden te produceren.
Dit artikel richt zich op de kenmerken van hoogwaardige naaldcokes en geeft een aantal persoonlijke inzichten, bedoeld voor naaldcokesfabrikanten, elektrodenfabrikanten en wetenschappelijke onderzoeksinstellingen.
Hoewel de industriële productie van naaldcokes in China later op gang is gekomen dan in het buitenland, heeft deze zich de afgelopen jaren snel ontwikkeld en begint vorm te krijgen. Qua totale productiehoeveelheid kan China in principe voldoen aan de vraag naar naaldcokes voor UHP- en HP-grafietelektroden die door binnenlandse koolstofproducenten worden gemaakt. Er is echter nog steeds een kwaliteitsverschil tussen naaldcokes en die van buitenlandse bedrijven. De fluctuaties in de batchprestaties beïnvloeden de vraag naar hoogwaardige naaldcokes voor de productie van grote UHP- en HP-grafietelektroden, met name is er een tekort aan hoogwaardige naaldcokes voor de productie van grafietelektrodeverbindingen.
Buitenlandse koolstofbedrijven die UHP- en HP-grafietelektroden met grote specificaties produceren, kiezen vaak voor hoogwaardige petroleumnaaldcokes als belangrijkste grondstof. Japanse koolstofbedrijven gebruiken ook wel eens naaldcokes van steenkool als grondstof, maar alleen voor grafietelektroden met een diameter van minimaal 600 mm. Momenteel bestaat de naaldcokes in China voornamelijk uit naaldcokes van steenkool. De grootschalige productie van hoogwaardige UHP-grafietelektroden door koolstofbedrijven is vaak afhankelijk van geïmporteerde naaldcokes van petroleum, met name de productie van hoogwaardige naaldcokes in combinatie met geïmporteerde Japanse Suishima-naaldcokes en Britse HSP-naaldcokes.
Momenteel wordt de naaldcokes die door verschillende bedrijven wordt geproduceerd, doorgaans vergeleken met de commerciële prestatie-indicatoren van buitenlandse naaldcokes aan de hand van conventionele indicatoren zoals asgehalte, ware dichtheid, zwavelgehalte, stikstofgehalte, deeltjesgrootteverdeling, thermische uitzettingscoëfficiënt, enzovoort. Er is echter nog steeds een gebrek aan classificatie in verschillende kwaliteitsklassen voor naaldcokes in vergelijking met buitenlandse producten. Daarom wordt naaldcokes in de volksmond vaak als "uniform product" beschouwd, wat de kwaliteit van hoogwaardige naaldcokes niet goed weergeeft.
Naast de gebruikelijke prestatievergelijking moeten koolstofbedrijven ook aandacht besteden aan de karakterisering van naaldcokes, zoals de classificatie van de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE), de deeltjessterkte, de mate van anisotropie, uitzettingsgegevens in niet-geïnhibeerde en geïnhibeerde toestand, en het temperatuurbereik tussen uitzetting en krimp. Omdat deze thermische eigenschappen van naaldcokes zeer belangrijk zijn voor de beheersing van het grafitisatieproces in het productieproces van grafietelektroden, mag de invloed van de thermische eigenschappen van asfaltcokes die ontstaan na het roosteren van bindmiddel en impregneermiddel in asfalt uiteraard niet worden uitgesloten.
1. Vergelijking van de anisotropie van naaldcokes
(A) Voorbeeld: φ 500 mm UHP-elektrodelichaam van een binnenlandse koolstoffabriek;
Naaldcokes als grondstof: Japanse nieuwe chemische LPC-U-kwaliteit, verhouding: 100% LPC-U-kwaliteit; Analyse: SGL Griesheim-fabriek; Prestatie-indicatoren worden weergegeven in tabel 1.
(B) Monster: φ 450 mmHP elektrodelichaam van een binnenlandse koolstoffabriek; Grondstof naaldcokes: olienaaldcokes van een binnenlandse fabriek, verhouding: 100%; Analyse: Shandong Bazan Carbon Plant; Prestatie-indicatoren worden weergegeven in Tabel 2.
Zoals blijkt uit de vergelijking van Tabel 1 en Tabel 2, vertoont de lPC-U-kwaliteit naaldcokes van de nieuwe dagelijkse chemische steenkoollagen een grote anisotropie van de thermische eigenschappen. De anisotropie van de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) kan oplopen tot 3,61-4,55, en de anisotropie van de soortelijke weerstand is eveneens groot, namelijk 2,06-2,25. Bovendien is de buigsterkte van binnenlandse petroleumnaaldcokes beter dan die van de lPC-U-kwaliteit naaldcokes van de nieuwe dagelijkse chemische steenkoollagen. De anisotropiewaarde is veel lager dan die van de lPC-U-kwaliteit naaldcokes van de nieuwe dagelijkse chemische steenkoollagen.
De analyse van de anisotropiegraad bij de productie van grafietelektroden met ultrahoge vermogens is een belangrijke analysemethode voor het bepalen van de kwaliteit van de naaldcokesgrondstof. De mate van anisotropie heeft uiteraard ook een zekere invloed op het elektrodeproductieproces. Elektroden met een extreem hoge anisotropie hebben een betere thermische schokbestendigheid dan elektroden met een gemiddelde anisotropiegraad.
Momenteel is de productie van steenkoolnaaldcokes in China veel groter dan die van petroleumnaaldcokes. Vanwege de hoge grondstofkosten en de prijs voor koolstofproducenten is het moeilijk om 100% binnenlandse naaldcokes te gebruiken bij de productie van UHP-elektroden, waarbij een bepaalde hoeveelheid gecalcineerde petroleumcokes en grafietpoeder wordt toegevoegd. Daarom is het lastig om de anisotropie van binnenlandse naaldcokes te bepalen.
2. Lineaire en volumetrische eigenschappen van naaldcokes
De lineaire en volumetrische veranderingen van naaldcokes worden voornamelijk weerspiegeld in het grafietproces dat door de elektrode wordt geproduceerd. Bij temperatuurschommelingen ondergaat de naaldcokes lineaire en volumetrische uitzetting en krimp tijdens het opwarmen van het grafietproces, wat direct van invloed is op de lineaire en volumetrische veranderingen van de elektrode in het grafietproces. Dit is niet hetzelfde voor verschillende eigenschappen van ruwe cokes en verschillende kwaliteiten naaldcokes. Bovendien verschilt het temperatuurbereik van de lineaire en volumetrische veranderingen voor verschillende kwaliteiten naaldcokes en gecalcineerde petroleumcokes. Alleen door deze eigenschap van ruwe cokes te beheersen, kunnen we de chemische sequentie van de grafietproductie beter controleren en optimaliseren. Dit is met name duidelijk in het seriële grafietvormingsproces.
Tabel 3 toont de lineaire en volumeveranderingen en temperatuurbereiken van drie soorten petroleumnaaldcokes geproduceerd door Conocophillips in het Verenigd Koninkrijk. Lineaire uitzetting treedt eerst op wanneer de olienaaldcokes begint op te warmen, maar de temperatuur waarbij de lineaire krimp begint, blijft meestal achter bij de maximale calcineertemperatuur. Tussen 1525℃ en 1725℃ begint de lineaire uitzetting en het temperatuurbereik van de gehele lineaire krimp is smal, slechts 200℃. Het temperatuurbereik van de gehele lineaire krimp van de gewone vertraagde petroleumcokes is veel groter dan dat van de naaldcokes, en de steenkoolnaaldcokes liggen daar tussenin, iets groter dan de olienaaldcokes. Uit testresultaten van het Osaka Industrial Technology Test Institute in Japan blijkt dat hoe slechter de thermische prestaties van cokes zijn, hoe groter het temperatuurbereik waarin krimp optreedt, tot wel 500-600 °C. De krimp begint echter al bij een lage temperatuur, namelijk tussen 1150 en 1200 °C, wat ook kenmerkend is voor gewone vertraagde petroleumcokes.
Hoe beter de thermische eigenschappen en hoe groter de anisotropie van naaldcokes, hoe smaller het temperatuurbereik van lineaire krimp. Sommige hoogwaardige naaldcokes vertonen slechts een lineair krimptemperatuurbereik van 100 tot 150 °C. Het is voor koolstofbedrijven zeer voordelig om het grafitisatieproces te sturen na inzicht in de kenmerken van lineaire uitzetting, krimp en heruitzetting van verschillende grondstoffen voor cokes. Dit kan onnodige kwaliteitsverlies door het gebruik van de traditionele experimentele methode voorkomen.
3 conclusie
Beheersing van de diverse eigenschappen van grondstoffen, de juiste keuze van apparatuur, een goede combinatie van technologieën en een wetenschappelijk en rationeel bedrijfsmanagement, in combinatie met een strak gecontroleerd en stabiel processysteem, vormt de basis voor de productie van hoogwaardige, ultra-krachtige en krachtige grafietelektroden.
Geplaatst op: 30 december 2021